架空輸電線路舞動的研究與防治現(xiàn)狀

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1、第l2卷(2010年第11期)電力安全技術(shù)Y架空輸電線路舞動的研究與防治現(xiàn)狀黃濤，朱若燕，周金枝(湖北工業(yè)大學(xué)，湖北武昌432200)[摘要]上世紀(jì)90年代至今，國內(nèi)外在輸電線舞動的研究上取得了新的進(jìn)展，出現(xiàn)了一些防治新方法。本文對這些研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，并扼要介紹了防治現(xiàn)狀，以期對我國的輸電線舞動研究與防治工作有所裨益。[關(guān)鍵詞]輸電線路；舞動機(jī)理；防舞動措施由于結(jié)構(gòu)與風(fēng)力的氣動耦合作用而產(chǎn)生的失穩(wěn)測基本一致，即3個主要因素：導(dǎo)線覆冰、風(fēng)激勵式振動稱為馳振(Galloping)，輸電線路舞動以及線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)I}61l。(Dancing)是對輸電線路導(dǎo)線馳振的特指，它是導(dǎo)線1．1導(dǎo)

2、線覆冰因覆冰或其它原因而在氣流中形成對空氣動力不穩(wěn)導(dǎo)線舞動常發(fā)生在冬季，大多數(shù)觀察到舞動發(fā)定的外形而引起的，是一種低頻率(0．1～3Hz)、大生的線路上都有覆冰，且多為非對稱覆冰，即迎風(fēng)振幅(導(dǎo)線直徑的5～300倍)的自激振動，其形態(tài)上側(cè)厚，背風(fēng)側(cè)薄。發(fā)生舞動時以中等覆冰居多，但下翻飛，形如龍舞，因此稱為舞動口一I。也有不少薄冰舞動的案例，甚至還曾經(jīng)觀測到無覆舞動發(fā)生時，全檔架空線路做大幅度的波浪式冰而發(fā)生舞動，但這種隋況極少見，因此一般認(rèn)為振動，并兼有擺動，擺動軌跡順線路方向近似橢圓線路覆冰是舞動的必要條件之一。狀。由于舞動的幅度大，有擺動，一次持續(xù)很長時線路覆冰主要受氣候因素影響

3、，多發(fā)生在雨間，因此容易引起相間閃絡(luò)、金具損壞，造成線路淞、霜淞、濕雪以及凍雨或雨夾雪的情況下。跳閘停電或燒傷輸電線、拉倒桿塔、輸電線折斷等1．2風(fēng)激勵嚴(yán)重事故，從而導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失lll。風(fēng)激勵是舞動的必要條件。發(fā)生舞動時，風(fēng)速舞動問題是架空輸電線路機(jī)械力學(xué)領(lǐng)域公認(rèn)的范圍一般為(4～20)m／s。根據(jù)觀測結(jié)果，風(fēng)向與導(dǎo)世界性難題，其復(fù)雜性主要表現(xiàn)為：導(dǎo)線和氣流相線的走向越接近于垂直，越容易引起舞動；當(dāng)風(fēng)向互作用所造成的耦合；導(dǎo)線的大幅運(yùn)動所造成的幾平行于導(dǎo)線時，引起舞動的可能性最小。何非線性；風(fēng)雨冰雪、地形地貌所造成的隨機(jī)性。風(fēng)激勵主要與地理因素有關(guān)，在四周無屏蔽物另外，世界各國所

4、記錄的舞動現(xiàn)場是千變?nèi)f化的，的開闊地帶或山谷風(fēng)口，均勻的風(fēng)會持續(xù)吹向?qū)Ь€，這使得某些局部經(jīng)驗無法應(yīng)用到其它場合，難以得這些地區(qū)易發(fā)生舞動。到全面推廣，而有關(guān)試驗耗資巨大，周期長，也給1．3線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)這方面的研究工作帶來一系列困難。線路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)也是形成舞動的重要因素之自上世紀(jì)30年代，人們開始對舞動進(jìn)行觀測和一。從國內(nèi)外的統(tǒng)計資料來看，在相同的環(huán)境、氣研究以來，陸續(xù)取得了一些重要的研究成果，提出象條件下，大截面導(dǎo)線比小截面導(dǎo)線易于舞動；分了一些防治方法，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際輸電線路裂導(dǎo)線比單導(dǎo)線易于舞動；0℃下導(dǎo)線張力低至(20架設(shè)的需要，盡管困難重重，但人們并沒有停下探80)

5、N／mmz時易于發(fā)生舞動。此外，電暈嚴(yán)重的線索的腳步。本文將重點(diǎn)介紹上世紀(jì)90年代至今，國路，可能發(fā)生由于電暈引起的舞動。內(nèi)外在舞動研究上所取得的新進(jìn)展以及防治新方法，2舞動的機(jī)理供科學(xué)家和工程師們借鑒。輸電線路舞動的機(jī)理是研究的難點(diǎn)，至今尚未1舞動形成的條件完全搞清楚，這也是舞動難于防治的根本原因。目前為止，關(guān)于舞動產(chǎn)生的條件，國內(nèi)外的觀關(guān)于舞動機(jī)理，比較著名的有DenHartog的一9一Y電力安全技術(shù)第12卷(2010年第l1期)垂直舞動[13-14】、O．Nigol的扭轉(zhuǎn)舞動l和P．Yu的2．5舞動模型偏心慣性耦合失穩(wěn)[16-201。近年來，我國學(xué)者經(jīng)過長根據(jù)舞動機(jī)理，許多研究

6、者提出了相應(yīng)的力學(xué)期研究，提出了不同的學(xué)說以解釋舞動現(xiàn)象，比較和數(shù)學(xué)模型，主要可歸納為3類n1：重要的有蔡廷湘的低阻尼系統(tǒng)共振【2卜。(1)單自由模型。即只考慮輸電線的垂向振動，2．1DenHartog的垂直舞動機(jī)理這種模型與DenHartog的垂直舞動機(jī)理相對應(yīng)。由DenHartog首創(chuàng)，后經(jīng)過C．O．Harris(2)二自由度模型。又可分為2種，一種是垂向和J．J．Ratkowski等人的補(bǔ)充修正。該理論認(rèn)為，振動和軸向扭轉(zhuǎn)相互耦合，這種模型對應(yīng)于O．當(dāng)風(fēng)吹向偏心覆冰導(dǎo)線時產(chǎn)生升力和阻力，只有當(dāng)Nigol的扭轉(zhuǎn)舞動機(jī)理；另一種是垂向振動和水平升力曲線斜率的負(fù)值大于阻力時，導(dǎo)線截面

7、動力不擺動相耦合。穩(wěn)定，舞動才能發(fā)展。(3)三自由度模型。即同時考慮輸電線的垂向該理論沒有考慮導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，不能解釋覆振動、水平擺動和軸向扭轉(zhuǎn)，三者相互耦合，這種冰導(dǎo)線在其長軸與風(fēng)向一致時的舞動現(xiàn)象。模型對應(yīng)于P．Yu的偏心慣性耦合失穩(wěn)機(jī)理。2．2O．Nigol的扭轉(zhuǎn)舞動機(jī)理3舞動的研究進(jìn)展該理論認(rèn)為，當(dāng)覆冰導(dǎo)線的空氣動力扭轉(zhuǎn)阻尼為負(fù)且大于導(dǎo)線的固有扭轉(zhuǎn)阻尼時，扭轉(zhuǎn)運(yùn)動成為上世紀(jì)90年代以來，由于大跨越高壓輸電線路自激振動，當(dāng)扭轉(zhuǎn)振動頻率接近垂直或水平振